DeltaFosB-induktion i Striatal Medium Spiny Neuron Subtypes som svar på kroniska farmakologiska, emotionella och optogenetiska stimuli (2013)

J Neurosci. 2013 Nov 20; 33 (47):18381-95. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1875-13.2013.

Lobo MK, Zaman S, Damez-Werno DM, Koo JW, Bagot RC, Dinieri JA, Nugent A, Finkel E, Chaudhury D, Chandra R, Riberio E, Rabkin J, Mouzon E, Cachope R, Heja JF, Han MH, Dietz DM, Själv DW, Hurd YL, Vialou V, Nestler EJ.

Källa

Institutionen för anatomi och neurobiologi, University of Maryland School of Medicine, Baltimore, Maryland 21201, Fishberg Department of Neuroscience och Friedman Brain Institute, Icahn School of Medicine vid Mount Sinai, New York, New York 10029, Institutioner för psykiatri och för farmakologi och system Therapeutics, Icahn School of Medicine vid Mount Sinai, New York, New York, 10029, Department of Psychiatry, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390, Department of Pharmacology and Toxicology och Research Institute on Addictions, State University of New York i Buffalo, New York, New York 14214, och Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U952, Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 7224, UPMC, Paris, 75005, Frankrike.

Abstrakt

Transkriptionsfaktorn, ΔFosB, induceras robust och ihållande i striatum av flera kroniska stimuli, såsom missbruksdroger, antipsykotiska läkemedel, naturliga belöningar och stress. Men väldigt få studier har undersökt graden av ΔFosB-induktion i de två striatala medium spiny neuron (MSN) subtyperna. Vi använder fluorescerande reporter BAC transgena möss för att utvärdera induktion av ΔFosB i dopaminreceptor 1 (D1) berikad och dopaminreceptor 2 (D2) berikad MSN i ventral striatum, nucleus accumbens (NAc) skal och kärna, och i dorsal striatum (d ) efter kronisk exponering för flera missbruksdroger inklusive kokain, etanol, Δ(9)-tetrahydrocannabinol och opiater; det antipsykotiska läkemedlet, haloperidol; ungdomsberikning; sackaros dricka; kaloribegränsning; den serotoninselektiva återupptagshämmaren antidepressiva, fluoxetin; och social nederlagsstress. Våra fynd visar att kronisk exponering för många stimuli inducerar ΔFosB i ett MSN-subtypselektivt mönster över alla tre striatala regioner. För att utforska den kretsmedierade induktionen av ΔFosB i striatum använder vi optogenetik för att förbättra aktiviteten i limbiska hjärnregioner som skickar synaptiska ingångar till NAc; dessa regioner inkluderar det ventrala tegmentala området och flera glutamaterga afferenta regioner: mediala prefrontala cortex, amygdala och ventral hippocampus. Dessa optogenetiska förhållanden leder till mycket distinkta mönster av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper i NAc-kärna och skal. Tillsammans etablerar dessa fynd selektiva mönster av ΔFosB-induktion i striatala MSN-subtyper som svar på kroniska stimuli och ger ny insikt i mekanismerna på kretsnivå för ΔFosB-induktion i striatum.

Beskrivning

Kroniska stimuli, inklusive missbruksdroger, antipsykotiska läkemedel, stress och naturliga belöningar, orsakar stabil ackumulering av ΔFosB, en trunkerad produkt av FosB gen, i striatum (t.ex. Hopp et al., 1994; Hiroi och Graybiel, 1996; Hiroi et al., 1997; Moratalla et al., 1996; Perrotti et al., 2004, 2008; Muller och Unterwald, 2005; McDaid et al., 2006; Teegarden och Bale, 2007; Wallace et al., 2008; Solinas et al., 2009; Vialou et al., 2010, 2011; Kaplan et al., 2011). Denna ackumulering leder till dubbelriktad reglering av många gener av ΔFosB i denna hjärnregion (McClung och Nestler, 2003; Renthal et al., 2008, 2009; Vialou et al., 2010; Robison och Nestler, 2011). Striatum består huvudsakligen (~95%) av GABAergic projection medium spiny neurons (MSNs), som är segregerade i två subtyper baserat på deras anrikning av många gener, inklusive dopaminreceptor 1 (D1) eller dopaminreceptor 2 (D2) (Gerfen, 1992; Graybiel, 2000; Lobo et al., 2006; Heiman et al., 2008) och genom deras differentiella utdata till distinkta subkortikala strukturer (Albin et al., 1989; Gerfen, 1992; Kalivas et al., 1993; Graybiel, 2000; Nicola, 2007; Smith et al., 2013). Nyligen har det funnits ett överflöd av rapporter som visar distinkta molekylära och funktionella roller för dessa MSN-subtyper i ventral striatum (nucleus accumbens [NAc]) och dorsal striatum (dStr) för att förmedla motivations- och motoriska beteenden (Lobo och Nestler, 2011; Gittis och Kreitzer, 2012).

Tidigare studier har visat att ΔFosB främst induceras i D1-MSN genom kronisk behandling med kokain eller kronisk hjulkörning, en form av naturlig belöning (Moratalla et al., 1996; Werme et al., 2002; Lee et al., 2006), medan kronisk återhållningsstress inducerar ΔFosB i båda MSN-subtyperna (Perrotti et al., 2004). Vidare visar övertygande bevis från celltypsspecifika transgena linjer eller virusmedierad genöverföring att ΔFosB-induktion i D1-MSN ökar beteendemässig och strukturell plasticitet till kokain, beteendesvar på morfin, hjulkörning, matbelöning och motståndskraft mot kroniska sociala nederlag. stress, medan ΔFosB-induktion i D2-MSN negativt reglerar beteendereaktioner på hjulkörning (Kelz et al., 1999; Werme et al., 2002; Colby et al., 2003; Olausson et al., 2006; Zachariou et al., 2006; Vialou et al., 2010; Grueter et al., 2013; Robison et al., 2013).

Med tanke på den avgörande rollen för ΔFosB för att reglera dessa kroniska motivationsstimuli, med distinkta effekter i D1-MSN kontra D2-MSN, utför vi här en omfattande studie om mönstren för ΔFosB-induktion i MSN-subtyper av flera kroniska stimuli, inklusive kronisk exponering för droger av missbruk, kronisk behandling med ett antipsykotiskt läkemedel, kronisk exponering för förändrade miljö- och aptitstimuli, kronisk social nederlagsstress och kronisk behandling med ett antidepressivt läkemedel. För att förstå kretsmekanismerna som styr ΔFosB-induktion i striatum av flera afferenta limbiska hjärnregioner, använder vi optogenetiska teknologier för att upprepade gånger aktivera cellkroppar i dopaminerga eller glutamaterga afferenta hjärnregioner och undersöka den resulterande ΔFosB-induktionen i MSN-subtyper. Våra resultat ger ny insikt i induktionen av ΔFosB i striatala D1-MSN och D2-MSN genom kroniska stimuli och visar för första gången den kretsmedierade induktionen av ΔFosB i striatum och inom selektiva MSN-subtyper.

Material och metoder

Djur.

D1-GFP or D2-GFP hemizygota möss (Gong et al., 2003) på en C57BL/6-bakgrund hölls på en 12 timmars ljus mörk cykel med AD libitum mat och vatten. Alla studier utfördes i enlighet med de riktlinjer som satts upp av institutionella djurvårds- och användningskommittéer vid University of Maryland School of Medicine och Icahn School of Medicine vid Mount Sinai. Hanmöss (ålder 8 veckor) användes för alla experiment. Alla möss perfunderades och hjärnor samlades in under eftermiddagen av ljuscykeln. Hemizygote D1-GFP och D2-GFP möss på en C57BL/6- eller FVB/N-bakgrund har visat sig vara ekvivalenta med vildtypsmöss med avseende på beteende, fysiologi för D1-MSN och D2-MSN och utveckling av MSN (Lobo et al., 2006; Chan et al., 2012; Nelson et al., 2012). Dessutom är de övergripande mönstren för ΔFosB-induktion som ses i denna studie jämförbara med de som ses hos vildtypsdjur med icke-celltypselektiva verktyg (t.ex. Perrotti et al., 2004, 2008).

Kokainbehandling.

D1-GFP (n = 4 per behandling) och D2-GFP (n = 4 per behandling) möss fick 7 dagliga intraperitoneala injektioner av kokain (20 mg/kg) eller 0.9 % saltlösning i hemmaburen. För 1 eller 3 dagars kokaininjektioner (20 mg/kg) fick mössen 6 eller 4 dagar med 0.9 % kokaininjektioner följt av 1 respektive 3 dagars kokaininjektioner. Alla möss perfunderades 24 timmar efter den sista injektionen. Denna dos kokain valdes baserat på tidigare studier (t.ex. Maze et al., 2010).

Haloperidol behandling.

D1-GFP (n = 3 eller 4 per behandling) och D2-GFP (n = 4 per behandling) möss fick haloperidol (2 mg/kg) i dricksvattnet, pH 6.0 (Narayan et al., 2007), eller vanligt dricksvatten, pH 6.0, i 3 veckor (21 d). Möss perfunderades på dag 22.

Morfinbehandling.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) sövdes kort med isofluran och fick subkutana implantat av morfin (25 mg) eller skenpellets på dag 1 och dag 3 som tidigare beskrivits (Mazei-Robison et al., 2011). Möss perfunderades på dag 5.

Etanolbehandling.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) exponerades för 10 % etanol (EtOH), en dos som C57BL/6 har visat sig dricka (Yoneyama et al., 2008). Möss fick ett tvåflaskvalstest för 10 % EtOH (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontroller fick vatten i båda flaskorna (flaska A och B) under 10 dagar. Alla möss som fick EtOH-flaskor uppvisade en preferens för EtOH beräknat med (100 × flaska A volym/[flaska A volym + flaska B volym]). Möss som fick 10% EtOH-flaskan konsumerade betydligt mer EtOH jämfört med vatten, medan möss som fick vatten i båda flaskorna inte visade någon skillnad i vätskekonsumtion. På kvällen dag 10 fick alla möss normalt dricksvatten och perfunderades på dag 11.

Behandling med A(9)-tetrahydrocannabinol (A(9)-THC).

D2-GFP (n = 3 per behandling) möss fick intraperitoneala injektioner av Δ(9)-THC (10 mg/kg) eller vehikel (0.9 % koksaltlösning med 0.3 % Tween) två gånger om dagen i 7 dagar (Perrotti et al., 2008). Möss perfunderades 24 timmar efter den sista injektionen.

Självadministration av kokain.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) tränades initialt att hävstångspressa för 20 mg sackarospellets på ett förstärkningsschema med fast förhållande 1 (FR1) tills ett förvärvskriterium på 30 sackarospellets förbrukade under 3 på varandra följande testdagar uppnåddes enligt standardprocedurer (Larson et al., 2010). Möss som lärde sig att pressa med spak implanterades kirurgiskt med en intravenös halskateter för att möjliggöra efterföljande intravenös administrering av kokain. En vecka efter operationen introducerades möss till självadministrationsparadigmet under 2 timmars dagliga sessioner på ett FR1-schema för förstärkning. Utrustningen för självadministration (Med Associates) programmerades så att ett svar på den aktiva spaken resulterade i leverans (över 2.5 s) av kokain (0.5 mg/kg/infusion per korrekt spaktryck), medan ett svar på den inaktiva spaken hade ingen programmerad konsekvens. Möss självadministrerade kokain enligt ett FR1-schema i dagliga 2 timmars sessioner, 5 dagar per vecka, under 3 veckor. D2-GFP möss som fick 0.9% saltlösningsinjektioner under motsvarande tidsperiod användes som kontroller. Möss perfunderades 24 timmar efter den sista kokain- eller saltlösningsadministreringen.

Heroin självadministration.

Innan självadministration av heroin, D2-GFP möss (n = 4 per behandling) tränades för att pressa för chokladpellets (BioServ, Dustless Precision Pellets) i sju 1 timmes dagliga sessioner. Möss som lärde sig att pressa med spak implanterades kirurgiskt med en intravenös halskateter för att möjliggöra efterföljande heroin intravenös administrering. En vecka efter operationen introducerades möss till självadministrationsparadigmet under 3 timmars dagliga sessioner på ett FR1-schema för förstärkning enligt standardprocedurer (Navarro et al., 2001). Utrustningen för självadministration (Med Associates) programmerades så att ett svar på den aktiva spaken resulterade i leverans (över 5 s) av heroin (30 μg/kg/injektion; NIDA Drug Supply Program), medan ett svar på den inaktiva spaken hade ingen programmerad konsekvens. Djuren fick tillgång till det självadministrerade heroinförfarandet under 14 dagar. D2-GFP möss som fick 0.9% saltlösningsinjektioner under motsvarande tidsperiod användes som kontroller. Möss perfunderades 24 timmar efter den sista administreringen av heroin eller saltlösning.

Ungdomsmiljöberikning.

D2-GFP (n = 4 per grupp) möss avvänjdes till en berikad miljö eller normala bostadsförhållanden vid postnatal dag 21 (P21) med användning av ett paradigm anpassat från råttor (Green et al., 2010). Den berikade miljön bestod av en större hamsterbur med enrich-o-cob-sängkläder (Andersons Laboratory-sängkläder) fylld med berikningsanordningar som inkluderade mustunnlar, kupol och hjul, krypbollar, hyddor (Bio Serv) och andra leksaker. Möss förblev i bostadsförhållandena i 4 veckor tills P50 och perfuserades sedan.

Sackarosbehandling.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) fick ett tvåflaskvalstest för 10 % sackaros liknande en tidigare studie (Wallace et al., 2008). Möss gavs 10% sackaros (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontroller fick vatten i båda flaskorna i 10 dagar. Alla möss som fick sackarosflaskor uppvisade en preferens för sackaros beräknat med (100 x flaska A volym/flaska A volym + flaska B volym). Möss som fick 10 % sackarosflaskan konsumerade signifikant mer sackaros jämfört med vatten, medan möss som fick vatten i båda flaskorna inte visade någon skillnad i vätskekonsumtion. På kvällen dag 10 fick alla möss normalt dricksvatten och perfunderades på dag 11.

Kaloribegränsning.

D2-GFP möss (n = 4 per genotyp) gick igenom ett kalorirestriktionsprotokoll, där de fick 60 % av AD libitum kalorier dagligen (Vialou et al., 2011) i 10 d. D2-GFP kontrollmöss fick full tillgång till chow. På kvällen dag 10 fick alla möss full tillgång till chow och perfunderades på dag 11.

Socialt nederlag stress.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per grupp) genomgick 10 dagars social nederlagsstress som beskrivits tidigare (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007). Möss exponerades för aggressiva CD1-pensionerade uppfödare i 5 minuter i en stor hamsterbur. Möss hölls sedan i 24 timmar i samma bur på andra sidan av en perforerad avdelare för att upprätthålla sensorisk kontakt. Nästa dag exponerades möss för en ny CD1-mus under samma förhållanden och hus. Detta upprepades i 10 dagar med en ny CD1 varje dag. Kontrollmöss inhystes under liknande förhållanden utan nederlagsstress. Möss testades för social interaktion på dag 11. Möss testades först för tid som spenderades i att interagera med en ny kammare i en öppen fältlåda utan en annan mus närvarande (inget mål) och testades sedan för tid som spenderades på att interagera med en ny CD1-mus (target ) som fanns bakom kammaren (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007). Möss segregerades i mottagliga eller motståndskraftiga grupper baserat på parametrar som tidigare beskrivits (Krishnan et al., 2007). Detta inkluderade total tid spenderad med den nya musen och interaktionsförhållandet: (tid spenderad med mål/tid utan mål) × 100. Detta mått har visat sig på ett tillförlitligt sätt identifiera känsliga och motståndskraftiga grupper och är starkt korrelerad med andra beteendeskillnader (Krishnan et al., 2007). Alla möss perfunderades 24 timmar efter det sociala interaktionstestet (48 timmar efter det sista sociala nederlaget).

Fluoxetinbehandling.

D2-GFP möss (n = 3 eller 4 per grupp) fick 14 dagliga intraperitoneala injektioner av fluoxetin (20 mg/kg) eller vehikel (0.9 % koksaltlösning med 10 % cyklodextrin) (Berton et al., 2006). Möss perfunderades 24 timmar efter den sista injektionen.

Stereotaxisk kirurgi.

D2-GFP möss bedövades med ketamin (100 mg/kg)/xylazin (10 mg/kg), placerades i ett stereotaxiskt instrument för små djur och deras skallyta exponerades. Trettiotre gauge sprutnålar användes för att ensidigt infundera 0.5–1 μl, med en hastighet av 0.1 μl per minut, av virus bilateralt i det ventrala tegmentala området (VTA), mediala prefrontala cortex (mPFC), amygdala eller ventral hippocampus ( vHippo). AAV [adeno-associerat virus]-hSyn-ChR2 [channelrhodopsin 2]-EYFP eller AAV-hSyn-EYFP infunderades i VTA för D2-GFP möss (n = 5 per grupp) vid stereotaxiska koordinater (anterior–posterior, −3.3 mm; lateral–medial, 0.5 mm; dorsal–ventral, −4.4 mm, 0° vinkel). Detta följdes av bilateral kanyl (26-gauge), med en längd på 3.9 mm, implantation över VTA (anterior–posterior, −3.3 mm; lateral–medial, 0.5 mm; dorsal-ventral, −3.7 mm) (Koo et al., 2012; Chaudhury et al., 2013). AAV-CaMKII-ChR2-mCherry eller AAV-CaMKII-mCherry injicerades i mPFC (n = 4 eller 5 per grupp), amygdala (n = 3 eller 4 per grupp), eller vHippo (n = 3 eller 4 per grupp) av D2-GFP möss följt av implantation av 105 μm kroniska implanterbara optiska fibrer (Sparta et al., 2011). Koordinaterna var följande: mPFC (infralimbisk var målinriktad, men vi observerade spridning av virus till prelimbiska regioner: anterior–posterior, 1.7 mm; lateral–medial, 0.75 mm; dorsal–ventral, -2.5 mm, 15° vinkel) och optisk fiber (dorsal–ventral, −2.1 mm); amygdala (basolateral amygdala var målinriktad, men vi observerade spridning av virus till den centrala kärnan av amygdala; anterior–posterior, −1.6 mm; lateral–medial, 3.1 mm; dorsal–ventral, −4.9 mm, 0° vinkel) och optik fiber (dorsal–ventral, −4.9 mm); vHippo (ventral subiculum var målinriktad, men vi observerade spridning av virus till andra regioner av ventral hippocampus; anterior–posterior, -3.9 mm; lateral–medial, 3.0 mm; dorsal–ventral, -5.0 mm, 0° vinkel) och optisk fiber (dorsal–ventral, −4.6 mm).

Optogenetiska förhållanden.

För in vivo- optisk kontroll av VTA neuronavfyrning, en 200 μm kärna optisk fiber patch sladd modifierades för fastsättning till kanylen. När fibern fästes vid kanylen sträckte sig spetsen av fibern ~0.5 mm utanför kanylen (Lobo et al., 2010; Chaudhury et al., 2013). För in vivo- optisk kontroll av mPFC-, amygdala- och vHippo-neuronavfyrning, en 62.5 μm delad fiberkabel sattes fast på de implanterbara huvudmonteringsfibrerna (Sparta et al., 2011). Optiska fibrer fästes genom en FC/PC-adapter till en 473 nm blå laserdiod (Crystal Lasers, BCL-473-050-M), och ljuspulser alstrades genom en stimulator (Agilent, 33220A). För VTA, blåljus (473 nm) fasiska pulser, 20 Hz under 40 ms (Chaudhury et al., 2013), levererades i 10 minuter om dagen under 5 dagar. För mPFC, amygdala och vHippo levererades blåljuspulser (473 nm), 20 Hz under 30 s, under 10 minuter om dagen i 5 dagar. Ljusleverans inträffade i hemburen och alla möss perfunderades 24 timmar efter den sista ljusstimuleringen.

In vitro patch-clamp elektrofysiologi.

Helcellsinspelningar erhölls från VTA-dopaminneuroner eller mPFC-glutamaterga neuroner i akuta hjärnskivor från möss injicerade med virus som anges ovan. Slice-inspelningar utfördes på möss med nr in vivo- stimulering, men med 1 d skivstimulering (1 d) eller 4 d av in vivo- stimulering och 1 d skivstimulering (5 d). För att minimera stress och för att få friska skivor bedövades möss omedelbart efter att ha förts till elektrofysiologiområdet och perfunderades i 40–60 s med iskall aCSF, som innehöll 128 mm NaCl, 3 mm KCl, 1.25 mm NaH2PO410 mm d-glukos, 24 mm NaHCO32 mm CaCl2och 2 mm MgCl2 (syresatt med 95 % O2 och 5% CO2, pH 7.4, 295–305 mOsm). Akuta hjärnskivor innehållande mPFC eller VTA skars med hjälp av en mikroskärare (Ted Pella) i kall sackaros-aCSF, som erhölls genom att helt ersätta NaCl med 254 mm sackaros och mättad med 95 % O2 och 5% CO2. Skivorna hölls i en hållkammare med aCSF i 1 timme vid 37°C. Patchpipetter (3–5 MΩ), för helcellsström, fylldes med inre lösning innehållande följande: 115 mm kaliumglukonat, 20 mm KCl, 1.5 mm MgCl210 mm fosfokreatin, 10 mm HEPES, 2 mm magnesium ATP och 0.5 mm GTP (pH 7.2, 285 mOsm). Helcellsregistreringar utfördes med användning av aCSF vid 34°C (flödeshastighet = 2.5 ml/min). Blåljuståg (20 Hz för mPFC eller fasisk 20 Hz, 40 ms för VTA) genererades av en stimulator kopplad via en FC/PC-adapter till en 473 nm blå laserdiod (OEM) och levererades till mPFC- och VTA-skivor via en 200 μm optisk fiber. Experiment med strömklämmor utfördes med användning av Multiclamp 700B-förstärkaren och datainsamling utfördes i pClamp 10 (Molecular Devices). Serieresistans övervakades under experimenten och membranströmmar och spänningar filtrerades vid 3 kHz (Bessel-filter).

Immunohistokemi.

Möss bedövades med kloralhydrat och perfunderades med 0.1 m PBS följt av 4% paraformaldehyd i PBS. Hjärnor efterfixerades i 4% paraformaldehyd över natten och cyrokonserverades sedan i 30% sackaros. Hjärnor sektionerades på en kryostat (Leica) vid 35 μm i PBS med 0.1% natriumazid. För immunhistokemi blockerades sektioner i 3% normalt åsneserum med 0.01% Triton-X i PBS under 1 timme på shakern vid rumstemperatur. Sektioner inkuberades sedan i primära antikroppar i block över natten på skakaren vid rumstemperatur. Antikroppar som användes var följande: kanin-anti-FosB (1:2000, katalog #sc-48, Santa Cruz Biotechnology), mus-anti-NeuN (1:1000, katalog #MAB377, Millipore), kyckling-anti-GFP (1:5000) , katalog #10-20, Aves), och kanin-anti-CREB (cAMP-responselementbindande protein; 1:1000, katalog #06-863, Millipore). Nästa dag sköljdes sektioner i PBS följt av en 1 timmes inkubation i sekundära antikroppar: åsna anti-kanin Cy3, åsna anti-mus Cy5 och åsna anti-kyckling DyLight-488 eller Alexa-488 (Jackson ImmunoResearch Laboratories). För mCherry- och tyrosinhydroxylasimmunhistokemi utfördes experiment som tidigare beskrivits (Lobo et al., 2010; Mazei-Robison et al., 2011). Sektioner sköljdes i PBS, monterades på objektglas och täckglas.

Avbildning och cellräkning.

Immunfluorescens avbildades på ett Zeiss Axioscope eller Olympus Bx61 konfokalmikroskop. Cellräkning utfördes med ImageJ programvara. Bilder från bregma 1.42–1.1 av NAc (kärna och skal) och dorsal striatum togs från 2 eller 3 hjärnsektioner/djur (se Fig 1A). Totalt 400–500 celler räknades per hjärnregion per mus med 250 μm × 250 μm bilder. Celler räknades med hjälp av ImageJ-programvara som liknar en tidigare studie (Lobo et al., 2010). Cirka 400–500 totalt NeuN-celler räknades per hjärnregion per mus, och sedan antalet GFP+, GFP+:ΔFosB+, GFP-och GFP-:ΔFosB+ celler räknades i varje region. Data kvantifierades enligt följande: (GFP+:ΔFosB+ neuroner × 100%)/(totalt GFP+ neuroner) och (GFP-:ΔFosB+ neuroner × 100%)/(totalt GFP- neuroner). Statistiska analyser utfördes med hjälp av programvaran GraphPad Prism. Tvåvägs ANOVA följt av Bonferroni posttest användes för alla cellräkningsanalyser.

Figur 1.  

Kroniskt kokain inducerar selektivt ΔFosB i D1-MSN i striatala regioner. AStriatalsektioner från bregma +1.42 till +1.10 användes för cellräkning. Bild på en D2-GFP striatalavsnittet visar de tre studerade striatalregionerna: NAc-kärna, .

Resultat

ΔFosB induceras differentiellt i D1-MSN och D2-MSN efter upprepad exponering för kokain kontra haloperidol

Vi undersökte först ΔFosB-induktion i MSN-undertyper i D1-GFP och D2-GFP möss som använder kroniska kokaintillstånd som tidigare visat sig preferentiellt inducera ΔFosB-protein i D1-MSN (Moratalla et al., 1996). D1-GFP och D2-GFP BAC-transgena möss, som uttrycker förstärkt grönt fluorescerande protein under D1- eller D2-receptorgenen (Fig 1A), fick intraperitoneala injektioner av kokain (20 mg/kg) eller koksaltlösning i 7 dagar, och hjärnorna samlades in 24 timmar efter den sista injektionen (Fig 1B). Vi utförde sedan immunhistokemi på hjärnsektioner med antikroppar mot NeuN, GFP eller FosB och avbildade och räknade celler i NAc-kärna, NAc-skal och dStr (Fig 1A,C). Medan anti-FosB-antikroppen känner igen FosB och ΔFosB i full längd, har många studier som använder Western blotting eller immunhistokemi bekräftat att ΔFosB är den enda detekterbara arten som finns vid tidpunkten för 24 timmars tillbakadragande (t.ex. Perrotti et al., 2008). Vi använde därför 24 timmars eller längre tidpunkt för att samla hjärnor efter alla förhållanden i denna studie för att säkerställa att vi bara upptäcker ΔFosB. Eftersom striatala MSN utgör ~95% av alla neuroner i striatum, använde vi NeuN immunmärkning för att identifiera GFP- neuroner, som är berikade i den motsatta MSN-subtypen (dvs. D2-MSN i D1-GFP möss och D1-MSN i D2-GFP möss). Det hittade vi D1-GFP möss behandlade med kokain visar en signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/NeuN+ neuroner (D1-MSN) i NAc-kärna, NAc-skal och dStr, medan GFP-/NeuN+ celler (D2-MSN) visade ingen signifikant induktion av ΔFosB i alla striatala regioner (Fig 1D): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp F(1,12) = 16.41, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp F(1,12) = 12.41, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.001; dStr: läkemedel × celltyp F(1,12) = 12.07, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01. I enlighet med dessa fynd observerade vi i D2-GFP möss ingen signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/NeuN+ neuroner (D2-MSNs) men en betydande induktion av ΔFosB i GFP-/NeuN+ (D1-MSN) i alla striatala regioner efter kokainbehandling (Fig 1D): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp F(1,12) = 15.76, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.0001; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 20.33, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 35.96, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.001. Vi undersökte kinetiken för ΔFosB-induktion i MSN efter 1, 3 eller 7 dagar kokain (20 mg/kg, ip) injektioner. Vi observerade en signifikant induktion av ΔFosB i D1-MSN med 3 eller 7 dagars kokainbehandling jämfört med saltlösningsbehandling i alla striatalregioner (Fig 1F): representativ graf från dStr; tvåvägs ANOVA, celltyp × dag F(2,13) = 17.87, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p <0.01, p < 0.001. Detta överensstämmer med tidsförloppet för ΔFosB-ackumulering i striatum sett tidigare av Western blotting (Hopp et al., 1994) och bekräftar den selektiva induktionen av ΔFosB enbart i D1-MSN under en kokainexponering.

Vi undersökte sedan ΔFosB-induktion genom immunhistokemi i MSN-subtyper efter kronisk exponering för haloperidol (Fig 2). Tidigare arbete antydde indirekt att kronisk haloperidol kan inducera ΔFosB företrädesvis i D2-MSN (Hiroi och Graybiel, 1996; Atkins et al., 1999), även om detta hittills inte har undersökts direkt. D1-GFP och D2-GFP möss fick haloperidol (2 mg/kg) i dricksvattnet, pH 6.0 D1-GFP och D2-GFP kontrollmöss fick vanligt dricksvatten, pH 6.0, i 21 dagar (3 veckor) och hjärnor samlades in på dag 22 (Fig 2A). Som med kokain vet vi att all FosB-liknande immunreaktivitet i striatum vid denna tidpunkt representerar ΔFosB, inte fullängds FosB (Atkins et al., 1999). Det hittade vi D1-GFP möss som fick haloperidol visade ingen signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/NeuN+ neuroner (D1-MSN) i NAc-kärna, NAc-skal eller dStr; emellertid observerades en signifikant ökning av ΔFosB i GFP-/NeuN+ neuroner (D2-MSN) i alla striatala regioner (Fig 2B,C): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 23.29, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: läkemedel: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 30.14, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 37.63, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.0001. Detta bekräftades genom granskning av D2-GFP möss: vi observerade en signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/NeuN+ neuroner (D2-MSN) i alla tre striatala regionerna, men ingen signifikant förändring i ΔFosB i GFP-/NeuN+ (D1-MSN) efter haloperidolbehandling (Fig 2B,C): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 24.30, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.05; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 26.07, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.001; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 21.36, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.01. Med tanke på att vi observerade ett liknande mönster av ΔFosB-induktion i D1-MSN genom upprepad kokainexponering i båda D1-GFP (GFP+/NeuN+) Och D2-GFP (GFP-/NeuN+) möss och genom upprepad haloperidol i D2-MSN i D1-GFP (GFP-/NeuN+) Och D2-GFP (GFP+/NeuN+) möss, använde resten av våra experiment D2-GFP möss för att undersöka ΔFosB-induktion i D1-MSN (GFP-/NeuN+) och D2-MSN (GFP+/NeuN+) efter andra kroniska stimuli.

Figur 2.  

Kronisk haloperidol inducerar selektivt ΔFosB i D2-MSN i striatala regioner. A, Tidsförlopp på 21 dagars behandling av haloperidol (2 mg/kg, i dricksvattnet) eller vatten. B, Immunhistokemi av NAc-skal av D1-GFP och D2-GFP möss efter haloperidol .

Som en kontroll undersökte vi nivåer av CREB-uttryck i kokain- och haloperidoltillstånden för att avgöra om våra fynd kunde generaliseras till andra transkriptionsfaktorer (Fig 3). Vi observerade ingen signifikant skillnad i CREB-uttryck mellan kontroll- och läkemedelsbehandlade möss. Vidare observerade vi ingen skillnad i CREB-nivåer mellan D2-MSN och D1-MSN (Fig 3B,C).

Figur 3.  

Kroniskt kokain eller haloperidol inducerar inte CREB i MSN-subtyper. A, Immunfärgning för CREB och GFP i striatum av D2-GFP möss efter kronisk kokain eller kronisk haloperidol (Fig 1 och and22 legender för läkemedelsbehandlingar). Skalstång, 50 μm. .

Distinkta mönster av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper av missbruksdroger

Eftersom tidigare studier har visat att andra missbruksdroger potent kan inducera ΔFosB i striatala subregioner (Perrotti et al., 2008), undersökte vi ΔFosB i MSN-subtyper efter kronisk exponering för opiater, EtOH eller Δ(9)-THC. Vi undersökte först om kronisk morfinexponering inducerar ΔFosB i specifika MSN-subtyper över striatala regioner. D2-GFP möss fick två subkutana implantat av en sken- eller morfinpellet (25 mg) dag 1 och 3, och hjärnor samlades in på dag 5 (Fig 4A) när ΔFosB, men inte FosB, induceras (Zachariou et al., 2006). I slående kontrast till kokain, visade båda MSN-subtyperna en signifikant (och ungefär jämförbar) ökning av ΔFosB i NAc-kärna, NAc-skal och dStr i morfingruppen jämfört med skenkontroller, utan någon differentiell cellsubtypinduktion av ΔFosB sett över alla striatal regioner (Fig 4A): tvåvägs ANOVA; NAc kärna: läkemedel F(1,14) = 75.01, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.001 (Dl-MSN); NAc-skal: drog F(1,14) = 62.87, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.05 (Dl-MSN); dStr: drog F(1,14) = 60.11, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.05 (Dl-MSN).

Figur 4.  

Missbruksdroger inducerar ΔFosB i MSN-subtyper i striatala regioner. A, Kronisk morfinbehandling (25 mg pellets dag 1 och 3) in D2-GFP möss resulterar i signifikant induktion av ΔFosB i båda MSN-subtyperna i NAc-kärna, NAc-skal och dStr .

Vi undersökte sedan mönstret för induktion av ΔFosB i MSN-subtyper efter kronisk exponering för EtOH. D2-GFP möss fick ett tvåflaskvalstest för 10 % EtOH (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontroller fick vatten i båda flaskorna (flaskor A och B), i 10 dagar och hjärnor samlades in på dag 11 (Fig 4B). Möss som fick 10 % EtOH-flaskan konsumerade betydligt mer EtOH jämfört med vatten, medan möss som fick vatten i båda flaskorna inte visade någon skillnad i vätskekonsumtion (Fig 4B): preferens för flaska A vattengrupp: 50.00 ± 4.551%, EtOH-grupp: 84.44 ± 8.511%; Students t test, p < 0.05. Kronisk EtOH-administrering resulterade i en signifikant induktion av ΔFosB selektivt i D1-MSN i NAc-kärna, NAc-skal och dStr, utan förändring i D2-MSN (Fig 4B): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 24.58, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.05; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 36.51, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.01; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 29.03, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p <0.01.

D2-GFP möss behandlades också med Δ(9)-THC (10 mg/kg, ip) två gånger dagligen under 7 dagar, och hjärnor samlades in 24 timmar efter den sista injektionen. I likhet med kokain- och EtOH-förhållandena observerade vi en signifikant ökning av ΔFosB selektivt i D1-MSN i alla striatala regioner hos möss som fick kronisk Δ(9)-THC (Fig 3E): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp F(1,8) = 26.37, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,8) = 44.49, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.001; dStr: läkemedel × celltyp F(1,8) = 29.30, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p <0.01.

Vi undersökte sedan om det observerade mönstret av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper genom utredaradministrering av kokain eller opiater förekommer i betingade paradigm där möss frivilligt själv administrerar drogen. Först, D2-GFP möss tränades att själv administrera kokain (0.5 mg/kg/infusion) på ett FR1-schema under 2 ha dag i 3 veckor och hjärnorna samlades in 24 timmar efter den sista infusionen (Fig 4D), när ΔFosB, men inte FosB, är känt för att induceras (Larson et al., 2010). Möss spenderade betydligt mer tid på att trycka på den aktiva kontra inaktiva spaken (Fig 4D; Students t test, p < 0.01). Den genomsnittliga dagliga dosen kokain var 19.1 mg/kg intravenöst (Fig 4D), liknande den intraperitoneala dosen på 20 mg/kg som används ovan (Fig 1). Som med icke-kontingent exponering för kokain (Fig 1), fann vi att självadministrering av kokain orsakade en signifikant induktion av ΔFosB endast i D1-MSN i alla striatala regioner jämfört med exponering för saltlösning (Fig 4D): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp F(1,14) = 21.75, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 26.52, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.01; dStr: läkemedel × celltyp F(1,14) = 33.68, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.001. Likaså på samma sätt som icke-kontingent exponering för opiat (morfin) (Fig 4A), hittade vi det D2-GFP möss som själv administrerade heroin (30 μg/kg per infusion), på ett FR1-schema 3 ha dag i 2 veckor undersökta 24 timmar efter den senaste drogexponeringen, visade signifikant ΔFosB-induktion i både D2-MSN och D1-MSN i alla striatala regioner (Fig 4E): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel F(1,12) = 68.88, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.05 (Dl-MSN); NAc-skal: drog F(1,12) = 80.08, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.001 (Dl-MSN); dStr: drog F(1,12) = 63.36, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.05 (D2-MSN), p < 0.05 (Dl-MSN). Den genomsnittliga dagliga dosen för heroin var 1 mg/kg, och möss spenderade betydligt mer tid på att trycka på den aktiva kontra inaktiva spaken (Students t test, p <0.05) (Fig 4E).

Miljöberikning och aptitretande stimuli inducerar ΔFosB i både D1-MSN och D2-MSN

Eftersom tidigare studier har visat att naturliga belöningar inducerar ΔFosB i striatala regioner (Werme et al., 2002; Teegarden och Bale, 2007; Wallace et al., 2008; Solinas et al., 2009; Vialou et al., 2011), med induktion av hjulkörning selektiv för D1-MSN (Werme et al., 2002), undersökte vi om induktion av andra naturliga belöningar visade cellulär specificitet. Vi använde först ett paradigm för ungdomsberikning där D2-GFP möss hölls i en berikad miljö från avvänjning (3 veckor) under en 4 veckors period (Fig 5A). Detta tillvägagångssätt har tidigare visat sig inducera ΔFosB i mus NAc och dStr (Solinas et al., 2009; Lehmann och Herkenham, 2011). Jämfört med normala bostadsförhållanden ökade den anrikade miljön signifikant ΔFosB i alla striatala regioner men gjorde det inte på ett celltypsspecifikt sätt, med jämförbar induktion sett i D1-MSN och D2-MSN (Fig 5A): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: miljö F(1,12) = 89.13, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.0001 (D2-MSN), p < 0.0001 (Dl-MSN); NAc-skal: miljö F(1,12) = 80.50, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.001 (D2-MSN), p < 0.001 (Dl-MSN); dStr: miljö F(1,12) = 56.42, p < 0.01, Bonferroni eftertest: p < 0.05 (D2-MSN), p < 0.05 (Dl-MSN).

Figur 5.  

Miljöberikning och aptitretande stimuli inducerar ΔFosB i båda MSN-undertyperna. A, D2-GFP möss som hölls i en berikad miljö med början vid P21 i 4 veckor uppvisar induktion av ΔFosB i båda MSN-subtyperna över alla striatala .

Vi undersökte sedan ΔFosB-uttryck i MSN-subtyper efter kroniska aptitretande stimuli. Vi testade först effekterna av kronisk sackarosdrickande, som tidigare visades inducera ΔFosB i råtta NAc (Wallace et al., 2008). D2-GFP möss fick ett tvåflaskvalstest för 10 % sackaros (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontroller fick vatten i båda flaskorna (flaska A och B) i 10 dagar och hjärnor samlades in på dag 11 (Fig 5B). Möss som fick 10 % sackaros konsumerade betydligt mer sackaros, medan möss som fick vatten i båda flaskorna inte visade någon skillnad i vätskekonsumtion (Fig 5B): preferens för flaska A, vatten: 50.00 ± 4.749 %, sackaros: 89.66 ± 4.473 %; Students t test, p < 0.001. Vi fann att kronisk sackaroskonsumtion inducerade ΔFosB i NAc-kärna, NAc-skal och dStr och att detta inträffade i båda MSN-subtyperna (Fig 5B): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: behandling F(1,12) = 76.15 p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.01 (Dl-MSN); NAc-skal: behandling F(1,12) = 63.35, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.05 (D2-MSN), p < 0.01 (Dl-MSN); dStr: behandling F(1,12) = 63.36, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.05 (Dl-MSN).

Slutligen undersökte vi ΔFosB-uttryck i MSN-subtyper efter kalorirestriktion eftersom detta tillstånd, som ökar rörelseaktiviteten och motivationstillståndet, tidigare visades öka ΔFosB-nivåerna i mus NAc (Vialou et al., 2011). D2-GFP möss gick igenom ett kaloribegränsat protokoll, där de fick 60 % av AD libitum kalorier dagligen i 10 dagar och hjärnorna samlades in på dag 11 (Fig 5C). Kalorirestriktion ökade ΔFosB-nivåer i NAc-kärna och NAc-skal som tidigare visats (Vialou et al., 2011) och även ökade ΔFosB-nivåer i dStr. Vi observerade dock ingen differentiell induktion i D1-MSN jämfört med D2-MSN (Fig 5C): tvåvägs ANOVA, NAc kärna: behandling F(1,12) = 67.94 p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.01 (D2-MSN), p < 0.01 (Dl-MSN); NAc-skal: behandling F(1,12) = 67.84, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.001 (D2-MSN), p < 0.01 (Dl-MSN); dStr: behandling F(1,12) = 82.70, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.001 (D2-MSN), p < 0.001 (Dl-MSN).

Kronisk social nederlagsstress och antidepressiv behandling orsakar differentiell induktion av ΔFosB i MSN-subtyper

Vi har tidigare visat att ΔFosB ökar i NAc hos möss efter kronisk social nederlagsstress (Vialou et al., 2010). Även om denna induktion observerades hos både känsliga möss (de som visar skadliga följder av stressen) såväl som hos möss som är motståndskraftiga (de som undkommer de flesta av dessa skadliga effekter), var ΔFosB-induktionen större i den elastiska undergruppen och visades direkt att förmedla ett tillstånd av motståndskraft. I den aktuella studien hittade vi slående cellulär specificitet för ΔFosB-induktion i dessa två fenotypiska grupper. D2-GFP möss utsattes för 10 dagars social nederlagsstress och separerades i mottagliga och motståndskraftiga populationer baserat på ett mått på social interaktion (Fig 6A), vilket i hög grad korrelerar med andra beteendesymtom (Krishnan et al., 2007). Möss som utvecklade känsliga beteenden efter social nederlagsstress uppvisade en signifikant induktion av ΔFosB i D2-MSNs i NAc-kärna, NAc-skal och dStr jämfört med kontrollmöss och motståndskraftiga möss, utan någon synlig induktion i D1-MSN. I slående kontrast uppvisade motståndskraftiga möss signifikant ΔFosB-induktion i D1-MSNs över alla striatala regioner jämfört med känsliga möss och kontrollmöss, utan någon induktion synlig i D2-MSN (Fig 6A; tvåvägs ANOVA, NAc kärna: grupp × celltyp F(1,20) = 20.11, p < 0.05, Bonferroni eftertest: D2-MSN/mottaglig p < 0.05, D1-MSN/fjädrande p < 0.05; NAc-skal: grupp × celltyp F(1,20) = 27.79, p < 0.01, Bonferroni eftertest: D2-MSN/mottaglig p < 0.001, D1-MSN/fjädrande p < 0.01; dStr: grupp × celltyp F(1,20) = 19.76, p < 0.01, Bonferroni eftertest: D2-MSN/mottaglig p < 0.05, D1-MSN/fjädrande p <0.01).

Figur 6.  

Kronisk social nederlagsstress och kronisk fluoxetin orsakar ΔFosB-induktion i distinkta MSN-subtyper i striatum. A, D2-GFP som är mottagliga för ett 10 d-förlopp av social nederlagsstress uppvisar ΔFosB-induktion i D2-MSN i alla striatal .

Kronisk behandling med SSRI-antidepressiva, fluoxetin, vänder det depressionsliknande beteendet som uppvisas av känsliga möss efter kronisk social nederlagsstress (Berton et al., 2006). Dessutom inducerar sådan behandling ΔFosB i NAc hos känsliga såväl som kontrollmöss, och vi har visat att sådan induktion krävs för fluoxetins fördelaktiga beteendeeffekter (Vialou et al., 2010). Vi undersökte således den cellulära specificiteten för ΔFosB-induktion efter kronisk fluoxetinadministrering. D2-GFP möss fick fluoxetin (20 mg/kg, ip) i 14 dagar, och hjärnor samlades in på dag 15 (Fig 6B). Vi observerade en signifikant induktion av ΔFosB i D1-MSN, men inte i D2-MSN, hos fluoxetinbehandlade möss jämfört med vehikelkontroller (Fig 6B; tvåvägs ANOVA, NAc kärna: läkemedel × celltyp F(1,10) = 14.59, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 26.14, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; dStr: läkemedel × celltyp F(1,10) = 8.19, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p <0.001).

In vivo optogenetisk manipulation av NAc afferenta hjärnregioner orsakar distinkta mönster av ΔFosB-induktion i striatala regioner och MSN-subtyper

Med tanke på att dopaminerga och glutamaterga afferenta input till NAc kan underlätta belöningssökande och förändra depressionsliknande beteenden (Tsai et al., 2009; Covington et al., 2010; Adamantidis et al., 2011; Witten et al., 2011; Britt et al., 2012; Lammel et al., 2012; Stuber et al., 2012; Chaudhury et al., 2013; Kumar et al., 2013; Tye et al., 2013), undersökte vi ΔFosB-induktion i striatala MSN-subtyper efter att ha manipulerat aktiviteten hos flera viktiga afferenta hjärnregioner. Vi uttryckte ChR2 viralt i var och en av flera regioner och aktiverade dem med blått ljus (473 nm) som beskrivits tidigare (Gradinaru et al., 2010; Yizhar et al., 2011). Eftersom en nyligen genomförd studie visade att fasisk stimulering med blått ljus, efter icke-cellselektivt uttryck av ChR2 i VTA, resulterade i samma beteendefenotyp som selektiv ChR2 fasisk stimulering av VTA-dopaminneuroner (Chaudhury et al., 2013), uttryckte vi ChR2 med AAV-hsyn-ChR2-EYFP i VTA av D2-GFP möss; kontrollmöss injicerades med AAV-hsyn-EYFP. VTA-sektioner samimmunfärgades med tyrosinhydroxylas och GFP för att visualisera ChR2-EYFP-uttryck (Fig 7C). D2-GFP möss som uttryckte ChR2-EFYP eller EYFP enbart i VTA fick 5 dagar av 10 min blått ljus fasisk stimulering av VTA som beskrivits tidigare (Koo et al., 2012; Chaudhury et al., 2013) (Fig 7A), och hjärnor samlades in 24 timmar efter den sista stimuleringen. Det fanns ingen desensibilisering av förmågan hos ChR2 att aktivera VTA-dopaminneuroner efter 5 dagars stimulering (Fig 7B). Vi fann att upprepad fasisk stimulering av VTA-neuroner som uttrycker ChR2-EYFP ökar ΔFosB i båda MSN-subtyperna i NAc-kärna, men bara i D1-MSN i NAc-skal (Fig 7C; tvåvägs ANOVA, NAc kärna: optogenetiska stimuli F(1,16) = 51.97, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.001; (båda MSN-undertyperna) NAc-skal: optogenetiska stimuli × celltyp: F(1,16) = 13.82, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01). Vi observerade ingen induktion av ΔFosB i dStr efter blått ljus fasisk stimulering till VTA-uttryckande ChR2-EYFP jämfört med EYFP-kontroller. Dessa resultat bör tolkas med försiktighet, eftersom vi inte selektivt riktade in VTA-dopaminneuroner för optisk stimulering, och nya studier har visat icke-dopaminerga projektionsneuroner i VTA såväl som avsevärd heterogenitet hos VTA, vilket kan leda till divergerande beteendesvar beroende på avfyring. parametrar och subpopulationer av neuroner som påverkas (Tsai et al., 2009; Lammel et al., 2011, 2012; Witten et al., 2011; Kim et al., 2012, 2013; Tan et al., 2012; van Zessen et al., 2012; Stamatakis och Stuber, 2012; Chaudhury et al., 2013; Tye et al., 2013).

Figur 7.  

Optogenetisk aktivering av hjärnregioner som innerverar NAc orsakar distinkta mönster av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper och striatala regioner. A, Optogenetisk stimuleringsparadigm för alla tillstånd. Hjärnor skördades 24 timmar efter 5 dagars optogenetik .

Vi använde sedan AAV-CaMKII-ChR2-mCherry och AAV-CaMKII-mCherry vektorer för att uttrycka ChR2-mCherry, eller mCherry enbart som en kontroll, i mPFC, amygdala eller vHippo av D2-GFP möss (Fig 7D-F). ChR2- och mCherry-uttryck medierat av CaMKII-ChR2-viruset har tidigare visats samlokaliseras med CaMKII-uttryck, som övervägande märker glutamaterga neuroner (Gradinaru et al., 2009; Warden et al., 2012). Vi aktiverade celler som uttrycker ChR2 i dessa regioner med 20 Hz blått ljus i 10 minuter om dagen i 5 dagar, och hjärnor samlades in 24 timmar efter den sista stimuleringen (Fig 7A). Detta stimuleringsmönster framkallade ~27–33 Hz avfyring, främst på grund av observerad dubblettspetsning. Ingen uppenbar desensibilisering av ChR2 inträffade med 5 dagars stimulering; Vi observerade dock en liten ökning av skjutningen från 1 till 5 d (32–33 Hz) stimulering. Vi fann att optogenetisk aktivering av mPFC-neuroner resulterade i ΔFosB-induktion i D1-MSNs i NAc-kärna, medan ΔFosB-induktion inträffade i båda MSN-subtyperna i NAc-skal (Fig 7D; tvåvägs ANOVA, NAc kärna: optogenetiska stimuli × celltyp F(1,14) = 10.31, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: optogenetiska stimuli F(1,14) = 57.17, p < 0.001, Bonferroni eftertest: p < 0.05 (D2-MSN), p < 0.01 (Dl-MSN)). Ingen förändring i ΔFosB-nivåer observerades i dStr efter mPFC-aktivering. Däremot inducerade optogenetisk aktivering av amygdala-neuroner ΔFosB i båda MSN-subtyperna i NAc-kärna och selektivt i D1-MSN i NAc-skalet, utan att någon förändring inträffade i dStr (Fig 7E; tvåvägs ANOVA, NAc kärna: optogenetiska stimuli F(1,10) = 78.92, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.001 (D2-MSN), p < 0.0001 (Dl-MSN); NAc-skal: optogenetiska stimuli × celltyp: F(1,10) = 30.31, p < 0.0001, Bonferroni eftertest: p < 0.0001). Slutligen orsakade optogenetisk aktivering av vHippo-neuroner signifikant ΔFosB-induktion endast i D1-MSN i både NAc-kärna och NAc-skal, med återigen ingen förändring observerad i dStr (Fig 7F; tvåvägs ANOVA, NAc kärna: optogenetiska stimuli × celltyp F(1,10) = 18.30, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p < 0.01; NAc-skal: optogenetiska stimuli × celltyp: F(1,10) = 22.69, p < 0.05, Bonferroni eftertest: p <0.01).

Diskussion

Den aktuella studien undersöker ΔFosB-induktion i D1-MSN och D2-MSN i striatala regioner efter flera kroniska stimuli (Tabell 1). Vi fastställer först möjligheten att använda D1-GFP och D2-GFP reporterlinjer för att demonstrera selektiv ΔFosB-induktion i D1-MSN efter kronisk kokain och i D2-MSN efter kronisk haloperidol. Kokainfynden överensstämmer med tidigare studier (Moratalla et al., 1996; Lee et al., 2006) och den etablerade rollen för ΔFosB i D1-MSN för att främja kokainbelöning (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Grueter et al., 2013). Vi har tidigare visat att utredare- och självadministrerat kokain inducerar ΔFosB i motsvarande utsträckning i NAc (Winstanley et al., 2007; Perrotti et al., 2008), och viktigast av allt visar vi här att båda sätten för kokainintag inducerar ΔFosB selektivt i D1-MSN i alla tre striatala regioner. Våra fynd överensstämmer med tidigare studier som visar att akut kokain inducerar andra omedelbara tidiga gener och fosforylering av flera intracellulära signalproteiner endast i D1-MSN (Bateup et al., 2008; Bertran-Gonzalez et al., 2008). På samma sätt överensstämmer det motsatta mönstret av ΔFosB-induktion efter kronisk haloperidol med blockaden av denna induktion av D2-liknande receptoragonister (Atkins et al., 1999), och med akut haloperidols selektiva induktion av omedelbara tidiga gener och fosforylering av flera signalproteiner i D2-MSN (Bateup et al., 2008; Bertran-Gonzalez et al., 2008).

Tabell 1.  

ΔFosB-induktion i striatala MSN-subtyper efter kroniska farmakologiska, emotionella och optogenetiska stimulia

Liksom med kokain fann vi att kronisk exponering för två andra missbruksdroger, EtOH och Δ(9)-THC, inducerar ΔFosB selektivt i D1-MSN över alla striatala regioner. Vi har tidigare visat att EtOH inducerar ΔFosB i NAc-kärna, NAc-skal och dStr, men att Δ(9)-THC signifikant uppreglerar ΔFosB i NAc-kärna, med en trend som ses i de andra regionerna (Perrotti et al., 2008). Vi observerade på liknande sätt här den största Δ(9)-THC-induktionen av ΔFosB i NAc-kärna i D1-MSN; vår förmåga att demonstrera induktion i andra striatalregioner beror sannolikt på den cellspecifika analys som används. Intressant nog inducerade kronisk självadministrering av morfin och heroin, till skillnad från andra missbruksdroger, ΔFosB i båda MSN-subtyperna i jämförbar utsträckning över alla striatalregioner. En nyligen genomförd studie visade att akut morfin inducerar c-Fos i D1-MSN, medan naloxonutfälld abstinens efter kronisk morfin inducerar c-Fos i D2-MSN (Enoksson et al., 2012). Även om vi inte observerade tecken på abstinens av opiat i vår studie, är det tänkbart att mer subtilt abstinens som inträffar med morfin- eller heroinadministration vid den studerade tidpunkten är ansvarig för ΔFosB-induktionen i D2-MSN som ses här. Vi visade tidigare att ΔFosB i D1-MSN, men inte D2-MSN, ökar givande svar på morfin (Zachariou et al., 2006). Det skulle nu vara intressant att testa möjligheten att ΔFosB-induktion i D2-MSNs bidrar till de aversiva effekterna av opiatabstinens. Likaså bör det potentiella bidraget från drogabstinens och sug till ΔFosB-induktion som ses med alla läkemedel undersökas.

Tidigare studier visar att miljöberikning under utveckling inducerar ΔFosB i NAc och dStr (Solinas et al., 2009; Lehmann och Herkenham, 2011). Våra data visar att denna ackumulering sker lika i D1-MSN och D2-MSN över alla striatala regioner. Anrikningsparadigmet har tidigare visat sig trubba givande och rörelseresponser på kokain (Solinas et al., 2009); dock är denna beteendefenotyp sannolikt inte en konsekvens av ΔFosB-ackumulering eftersom ΔFosB-induktion i D1-MSN enbart förstärker beteendemässiga svar på kokain, medan sådan induktion i D2-MSN inte har någon märkbar effekt (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Grueter et al., 2013). Kronisk sackaroskonsumtion har tidigare visat sig öka ΔFosB i NAc, och överuttryck av ΔFosB, antingen i D1-MSN enbart eller i båda undertyperna, i NAc ökar sackaroskonsumtionen (Olausson et al., 2006; Wallace et al., 2008). Här observerade vi jämförbar ΔFosB-induktion i båda MSN-undertyperna i NAc och dStr efter att ha druckit sackaros. Slutligen visade vi tidigare att induktion av ΔFosB i NAc förmedlar vissa adaptiva svar på kaloribegränsning genom ökad motivation för mat med hög fetthalt och minskad energiförbrukning (Vialou et al., 2011). Sammantaget visar dessa resultat att ΔFosB-ackumulering i NAc och dStr sker i både D1-MSN och D2-MSN som svar på flera naturliga belöningar. Detta fynd är överraskande med tanke på observationen att ΔFosB ackumuleras i D1-MSN först efter en annan naturlig belöning, kronisk hjulkörning, och att överuttryck av ΔFosB i D1-MSN förbättrade hjulkörning medan ΔFosB överuttryck i D2-MSN minskade hjulkörning (Werme et al., 2002). Men hjulkörning kan aktivera distinkta motorvägar, som är ansvariga för dess olika mönster av ΔFosB-induktion. I alla händelser tyder resultat med de andra naturliga belöningarna på att de differentiellt kontrollerar ΔFosB i striatum jämfört med mer potenta drogbelöningar, såsom kokain, EtOH och Δ(9)-THC. ΔFosB-induktion i båda MSN-subtyperna under dessa naturliga givande förhållanden är förenlig med en nyligen genomförd studie som visar att åtgärdsinitiering för en matbelöning aktiverar båda MSN-subtyperna (Cui et al., 2013).

Kronisk social nederlagsstress inducerar ΔFosB i NAc-skal hos känsliga och motståndskraftiga möss men i NAc-kärna endast i motståndskraftiga möss (Vialou et al., 2010). Vidare främjar ΔFosB-överuttryck i D1-MSN: er motståndskraft efter kronisk social nederlagsstress. Kronisk behandling med fluoxetin orsakar också ΔFosB-ackumulering i NAc hos stressnaiva möss och i mottagliga möss efter kronisk social nederlagsstress, och ΔFosB-överuttryck visade sig förmedla antidepressiva beteendesvar under de senare tillstånden (Vialou et al., 2010). Slutligen visade en tidigare studie ΔFosB-induktion i båda MSN-subtyperna efter kronisk återhållningsstress (Perrotti et al., 2004). Resultaten av den föreliggande studien, där vi visar ΔFosB-induktion selektivt i D1-MSN hos motståndskraftiga och fluoxetinbehandlade möss, men selektivt i D2-MSN hos känsliga möss, ger viktig insikt i dessa tidigare fynd och stödjer hypotesen att ΔFosB i D1- MSN förmedlar motståndskraft och antidepressiv verkan, medan ΔFosB i D2-MSN kan förmedla känslighet. Ytterligare arbete behövs nu för att testa denna hypotes.

Nyligen arbete med optogenetik visar den potenta rollen av dopaminerga och glutamaterga afferenter till NAc för att modulera belöning och stressreaktioner (se resultat). Vi använder dessa optogenetiska verktyg för att undersöka ΔFosB-induktion i D1-MSN och D2-MSN efter upprepad aktivering av NAc afferenta regioner. Vi fann att fasisk stimulering av VTA-neuroner, eller aktivering av huvudsakligen glutamaterga neuroner i amygdala, inducerar ΔFosB i D1-MSN i NAc-skal och i båda MSN-subtyperna i NAc-kärna. Däremot resulterar aktivering av mPFC-neuroner i det motsatta mönstret av ΔFosB-induktion, med ökade nivåer i D1-MSN i NAc-kärna men induktion i båda MSN-undertyperna i NAc-skal. Slutligen orsakar optogenetisk aktivering av vHippo-neuroner ΔFosB-ackumulering endast i D1-MSN i NAc-kärna och skal. vHippo-fynden överensstämmer med nyare studier som visar att hippocampus-ingångar är mycket svagare på D2-MSN jämfört med D1-MSN (MacAskill et al., 2012) och att dessa ingångar styr kokain-inducerad rörelse (Britt et al., 2012). Dessutom är vår demonstration av ΔFosB-induktion övervägande i D1-MSN med alla ingångar i överensstämmelse med tidigare studier som visar att ΔFosB i D1-MSNs förbättrar givande svar på missbruksdroger samt studier som visar att optogenetisk stimulering av VTA-dopaminneuroner eller av mPFC, amygdala eller vHippo terminaler i NAc främjar belöning (Kelz et al., 1999; Zachariou et al., 2006; Tsai et al., 2009; Witten et al., 2011; Britt et al., 2012; Grueter et al., 2013).

Slutligen är det troligt att det finns selektiva neuronala ensembler inom dessa två MSN-subtyper som är differentiellt aktiverade av positiva eller negativa stimuli. Detta kan förklara vår observation av ΔFosB-induktion i D2-MSN under vissa givande förhållanden (opiater och naturliga belöningar) såväl som aversiva (sociala nederlag). Striatum är mycket heterogent bortom MSN-subtyper, inklusive lapp- och matrisfack i både dorsal och ventral striatum (Gerfen, 1992; Watabe-Uchida et al., 2012). Vidare visar tidigare studier aktivering av en mycket liten andel av striatala neuronala ensembler av psykostimulanter, med ökad induktion av FosB genen i dessa aktiverade neuroner (Guez-Barber et al., 2011; Liu et al., 2013), även om det är okänt om dessa aktiverade neuroner är D1-MSN eller D2-MSN. Funktionen av ΔFosB i kärna kontra skal för att förmedla givande och aversiva beteenden är likaså okänd. ΔFosB-överuttryck i D1-MSN ökade tysta synapser i både kärna och skal, men uttryck i D2-MSN minskade endast tysta synapser i skal (Grueter et al., 2013). Vidare är ΔFosB-induktion i kärna kontra skal sannolikt medierad genom olika mekanismer, eftersom vi fann kokainmedierad CaMKIIα-stabilisering av ΔFosB i skal men inte kärna som leder till större ΔFosB-ackumulering i skal (Robison et al., 2013). Framtida studier som selektivt riktar sig mot MSN-subtyper i kärna kontra skal, aktiverade neuronala ensembler eller patch kontra matrisfack kommer att hjälpa till att definiera beteenderollen för ΔFosB inom dessa heterogena regioner.

Sammantaget antyder dessa kretsförmedlade celltypselektiva induktionsmönster av ΔFosB i NAc att givande och stressande stimuli differentiellt engagerar distinkta NAc-afferenter för att koda specifika egenskaper hos dessa stimuli. Våra resultat ger inte bara omfattande insikt i induktionen av ΔFosB i striatala MSN-subtyper genom kroniska stimuli utan illustrerar också användbarheten i att använda ΔFosB som en molekylär markör för att förstå de bestående effekterna av specifika neurala kretsar för att påverka NAc-funktion.

fotnoter

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Referensprojekt

  1. Adamantidis AR, Tsai HC, Boutrel B, Zhang F, Stuber GD, Budygin EA, Touriño C, Bonci A, Deisseroth K, de Lecea L. Optogenetisk utfrågning av dopaminerg modulering av de flera faserna av belöningssökande beteende. J Neurosci. 2011;31:10829–10835. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2246-11.2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  2. Albin RL, Young AB, Penney JB. Den funktionella anatomin av basala ganglia störningar. Trender Neurosci. 1989; 12: 366-375. doi: 10.1016 / 0166-2236 (89) 90074-X. [PubMed] [Cross Ref]
  3. Atkins JB, Chlan-Fourney J, Nye HE, Hiroi N, Carlezon WA, Jr, Nestler EJ. Regionspecifik induktion av δFosB genom upprepad administrering av typiska kontra atypiska antipsykotiska läkemedel. Synaps. 1999;33:118–128. doi: 10.1002/(SICI)1098-2396(199908)33:2<118::AID-SYN2>3.0.CO%3B2-L. [PubMed] [Cross Ref]
  4. Bateup HS, Svenningsson P, Kuroiwa M, Gong S, Nishi A, Heintz N, Greengard P. Celltypsspecifik reglering av DARPP-32-fosforylering av psykostimulerande och antipsykotiska läkemedel. Nat Neurosci. 2008;11:932–939. doi: 10.1038/nn.2153. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  5. Berton O, McClung CA, Dileone RJ, Krishnan V, Renthal W, Russo SJ, Graham D, Tsankova NM, Bolanos CA, Rios M, Monteggia LM, Self DW, Nestler EJ. BDNF: s viktig roll i den mesolimbiska dopaminvägen i social nederlagsspänning. Vetenskap. 2006; 311: 864-868. doi: 10.1126 / science.1120972. [PubMed] [Cross Ref]
  6. Bertran-Gonzalez J, Bosch C, Maroteaux M, Matamales M, Hervé D, Valjent E, Girault JA. Motsatta mönster av signalaktivering i dopamin D1- och D2-receptoruttryckande striatala neuroner som svar på kokain och haloperidol. J Neurosci. 2008;28:5671–5685. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1039-08.2008. [PubMed] [Cross Ref]
  7. Britt JP, Benaliouad F, McDevitt RA, Stuber GD, Wise RA, Bonci A. Synaptisk och beteendemässig profil för flera glutamatergiska ingångar till kärnan accumbens. Nervcell. 2012; 76: 790-803. doi: 10.1016 / j.neuron.2012.09.040. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  8. Chan CS, Peterson JD, Gertler TS, Glajch KE, Quintana RE, Cui Q, Sebel LE, Plotkin JK, Heiman M, Heintz N, Greengard P, Surmeier DJ. Stamspecifik reglering av striatal fenotyp i Drd2-eGFP BAC transgena möss. J Neurosci. 2012;32:9124–9132. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0229-12.2012. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  9. Chaudhury D, Walsh JJ, Friedman AK, Juarez B, Ku SM, Koo JW, Ferguson D, Tsai HC, Pomeranz L, Christoffel DJ, Nectow AR, Ekstrand M, Domingos A, Mazei-Robison MS, Mouzon E, Lobo MK, Neve RL, Friedman JM, Russo SJ, Deisseroth K, et al. Snabb reglering av depressionsrelaterade beteenden genom kontroll av mellanhjärnans dopaminneuroner. Natur. 2013;493:532–536. doi: 10.1038/nature11713. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  10. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB ökar incitamentet för kokain. J Neurosci. 2003; 23: 2488-2493. [PubMed]
  11. Covington HE, 3rd, Lobo MK, Maze I, Vialou V, Hyman JM, Zaman S, LaPlant Q, Mouzon E, Ghose S, Tamminga CA, Neve RL, Deisseroth K, Nestler EJ. Antidepressiv effekt av optogenetisk stimulering av medial prefrontal cortex. J Neurosci. 2010; 30: 16082-16090. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1731-10.2010. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  12. Cui G, Jun SB, Jin X, Pham MD, Vogel SS, Lovinger DM, Costa RM. Samtidig aktivering av striatala direkta och indirekta vägar under handlingsinitiering. Natur. 2013;494:238–242. doi: 10.1038/nature11846. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  13. Enoksson T, Bertran-Gonzalez J, Christie MJ. Nucleus accumbens D2- och D1-receptoruttryckande medelstora taggiga neuroner aktiveras selektivt av morfinabstinens respektive akut morfin. Neurofarmakologi. 2012;62:2463–2471. doi: 10.1016/j.neuropharm.2012.02.020. [PubMed] [Cross Ref]
  14. Gerfen CR. Den neostriatala mosaiken: flera nivåer av kompartmentorganisation i basalganglierna. Annu Rev Neurosci. 1992;15:285-320. doi: 10.1146/annurev.ne.15.030192.001441. [PubMed] [Cross Ref]
  15. Gittis AH, Kreitzer AC. Striatal mikrokretsar och rörelsestörningar. Trender Neurosci. 2012;35:557–564. doi: 10.1016/j.tins.2012.06.008. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  16. Gong S, Zheng C, Doughty ML, Losos K, Didkovsky N, Schambra UB, Nowak NJ, Joyner A, Leblanc G, Hatten ME, Heintz N. En genuttrycksatlas av det centrala nervsystemet baserad på bakteriella artificiella kromosomer. Natur. 2003;425:917–925. doi: 10.1038/nature02033. [PubMed] [Cross Ref]
  17. Gradinaru V, Mogri M, Thompson KR, Henderson JM, Deisseroth K. Optisk dekonstruktion av Parkinsons neurala kretsar. Vetenskap. 2009;324:354–359. doi: 10.1126/science.1167093. [PubMed] [Cross Ref]
  18. Gradinaru V, Zhang F, Ramakrishnan C, Mattis J, Prakash R, Diester I, Goshen I, Thompson KR, Deisseroth K. Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics. Cell. 2010;141:154–165. doi: 10.1016/j.cell.2010.02.037. [PubMed] [Cross Ref]
  19. Graybiel AM. De basala ganglierna. Curr Biol. 2000;10:R509–R511. doi: 10.1016/S0960-9822(00)00593-5. [PubMed] [Cross Ref]
  20. Green TA, Alibhai IN, Roybal CN, Winstanley CA, Theobald DE, Birnbaum SG, Graham AR, Unterberg S, Graham DL, Vialou V, Bass CE, Terwilliger EF, Bardo MT, Nestler EJ. Miljöberikning producerar en beteendefenotyp som förmedlas av låg cyklisk adenosinmonofosfatresponselementbindande (CREB) aktivitet i nucleus accumbens. Biol Psykiatri. 2010;67:28–35. doi: 10.1016/j.biopsych.2009.06.022. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  21. Grueter BA, Robison AJ, Neve RL, Nestler EJ, Malenka RC. ΔFosB modulerar differentiellt kärnan accumbens direkt och indirekt vägfunktion. Proc Natl Acad Sci USA A. 2013; 110: 1923-1928. doi: 10.1073 / pnas.1221742110. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  22. Guez-Barber D, Fanous S, Golden SA, Schrama R, Koya E, Stern AL, Bossert JM, Harvey BK, Picciotto MR, Hope BT. FACS identifierar unik kokain-inducerad genreglering i selektivt aktiverade vuxna striatala neuroner. J Neurosci. 2011;31:4251–4259. doi: 10.1523/JNEUROSCI.6195-10.2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  23. Heiman M, Schaefer A, Gong S, Peterson JD, Day M, Ramsey KE, Suárez-Farinas M, Schwarz C, Stephan DA, Surmeier DJ, Greengard P, Heintz N. En translationell profileringsmetod för molekylär karakterisering av CNS-celltyper . Cell. 2008;135:738–748. doi: 10.1016/j.cell.2008.10.028. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  24. Hiroi N, Graybiel AM. Atypiska och typiska neuroleptiska behandlingar inducerar distinkta program för uttryck av transkriptionsfaktorer i striatum. J Comp Neurol. 1996;374:70–83. doi: 10.1002/(SICI)1096-9861(19961007)374:1<70::AID-CNE5>3.0.CO%3B2-K. [PubMed] [Cross Ref]
  25. Hiroi N, Brown JR, Haile CN, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. FosB-mutantmöss: Förlust av kronisk kokaininduktion av Fos-relaterade proteiner och ökad känslighet för kokains psykomotoriska och givande effekter. Proc Natl Acad Sci US A. 1997;94:10397–10402. doi: 10.1073/pnas.94.19.10397. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  26. Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Induktion av ett långvarigt AP-1-komplex bestående av förändrade fos-liknande proteiner i hjärnan genom kronisk kokain och andra kroniska behandlingar. Nervcell. 1994;13:1235-1244. doi: 10.1016/0896-6273(94)90061-2. [PubMed] [Cross Ref]
  27. Kalivas PW, Churchill L, Klitenick MA. GABA- och enkefalinprojektion från nucleus accumbens och ventral pallidum till det ventrala tegmentala området. Neurovetenskap. 1993;57:1047-1060. doi: 10.1016/0306-4522(93)90048-K. [PubMed] [Cross Ref]
  28. Kaplan GB, Leite-Morris KA, Fan W, Young AJ, Guy MD. Opiatsensibilisering inducerar FosB/ΔFosB-uttryck i prefrontala kortikala, striatala och amygdala hjärnregioner. PLoS One. 2011;6:e23574. doi: 10.1371/journal.pone.0023574. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  29. Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch T, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ. Uttryck av transkriptionsfaktorn ΔFosB i hjärnan styr känsligheten för kokain. Natur. 1999;401:272–276. doi: 10.1038/45790. [PubMed] [Cross Ref]
  30. Kim KM, Baratta MV, Yang A, Lee D, Boyden ES, Fiorillo CD. Optogenetisk mimik av den övergående aktiveringen av dopaminneuroner genom naturlig belöning är tillräcklig för operant förstärkning. PLoS One. 2012;7:e33612. doi: 10.1371/journal.pone.0033612. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  31. Kim TI, McCall JG, Jung YH, Huang X, Siuda ER, Li Y, Song J, Song YM, Pao HA, Kim RH, Lu C, Lee SD, Song IS, Shin G, Al-Hasani R, Kim S, Tan MP, Huang Y, Omenetto FG, Rogers JA, et al. Injicerbar, cellulär optoelektronik med applikationer för trådlös optogenetik. Vetenskap. 2013;340:211–216. doi: 10.1126/science.1232437. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  32. Koo JW, Mazei-Robison MS, Chaudhury D, Juarez B, LaPlant Q, Ferguson D, Feng J, Sun H, Scobie KN, Damez-Werno D, Crumiller M, Ohnishi YN, Ohnishi YH, Mouzon E, Dietz DM, Lobo MK, Neve RL, Russo SJ, Han MH, Nestler EJ. BDNF är en negativ modulator av morfinverkan. Vetenskap. 2012;338:124–128. doi: 10.1126/science.1222265. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  33. Krishnan V, Han MH, Graham DL, Berton O, Renthal W, Russo SJ, Laplant Q, Graham A, Lutter M, Lagace DC, Ghose S, Reister R, Tannös P, Grön TA, Neve RL, Chakravarty S, Kumar A Eisch AJ, Self DW, Lee FS, et al. Molekylära anpassningar som ligger bakom känslighet och motstånd mot socialt nederlag i hjärnbelöningsregioner. Cell. 2007; 131: 391-404. doi: 10.1016 / j.cell.2007.09.018. [PubMed] [Cross Ref]
  34. Kumar S, Black SJ, Hultman R, Szabo ST, DeMaio KD, Du J, Katz BM, Feng G, Covington HE, 3rd, Dzirasa K. Kortikal kontroll av affektiva nätverk. J Neurosci. 2013;33:1116–1129. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0092-12.2013. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  35. Lammel S, Ion DI, Roeper J, Malenka RC. Projektionsspecifik modulering av dopaminneuronsynapser genom aversiva och givande stimuli. Nervcell. 2011;70:855–862. doi: 10.1016/j.neuron.2011.03.025. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  36. Lammel S, Lim BK, Ran C, Huang KW, Betley MJ, Tye KM, Deisseroth K, Malenka RC. Ingångsspecifik kontroll av belöning och aversion i det ventrala tegmentala området. Natur. 2012;491:212–217. doi: 10.1038/nature11527. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  37. Larson EB, Akkentli F, Edwards S, Graham DL, Simmons DL, Alibhai IN, Nestler EJ, Self DW. Striatal reglering av ΔFosB, FosB och cFos under självadministration och tillbakadragande av kokain. J Neurochem. 2010;115:112–122. doi: 10.1111/j.1471-4159.2010.06907.x. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  38. Lee KW, Kim Y, Kim AM, Helmin K, Nairn AC, Greengard P. Kokain-inducerad dendritisk ryggradsbildning i D1- och D2-dopaminreceptorinnehållande medium taggiga neuroner i nucleus accumbens. Proc Natl Acad Sci US A. 2006;103:3399–3404. doi: 10.1073/pnas.0511244103. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  39. Lehmann ML, Herkenham M. Miljöberikning ger spänningsförmåga till socialt nederlag genom en infralimbisk cortexberoende neuroanatomisk väg. J Neurosci. 2011; 31: 6159-6173. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0577-11.2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  40. Liu QR, Rubio FJ, Bossert JM, Marchant NJ, Fanous S, Hou X, Shaham Y, Hope BT. Detektion av molekylära förändringar i metamfetaminaktiverade Fos-uttryckande neuroner från en enda råtta dorsal striatum med användning av fluorescensaktiverad cellsortering (FACS) J Neurochem. 2013 doi: 10.1111/jnc.12381. doi: 10.1111/jnc.12381. Förhandspublicering online. Hämtad 29 juli 2013. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  41. Lobo MK, Covington HE, 3rd, Chaudhury D, Friedman AK, Sun H, Damez-Werno D, Dietz DM, Zaman S, Koo JW, Kennedy PJ, Mouzon E, Mogri M, Neve RL, Deisseroth K, Han MH, Nestler EJ. Celltypsspecifik förlust av BDNF-signalering efterliknar optogenetisk kontroll av kokainbelöning. Vetenskap. 2010;330:385–390. doi: 10.1126/science.1188472. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  42. Lobo MK, Nestler EJ. Den striatala balanserande handlingen vid drogberoende: distinkta roller för direkta och indirekta medelstora taggiga neuroner. Främre neuroanat. 2011;5:41. doi: 10.3389/fnana.2011.00041. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  43. Lobo MK, Karsten SL, Gray M, Geschwind DH, Yang XW. FACS-arrayprofilering av striatala projektionsneuronsubtyper i juvenila och vuxna mushjärnor. Nat Neurosci. 2006;9:443–452. doi: 10.1038/nn1654. [PubMed] [Cross Ref]
  44. MacAskill AF, Little JP, Cassel JM, Carter AG. Subcellulär anslutning ligger till grund för vägspecifik signalering i nucleus accumbens. Nat Neurosci. 2012;15:1624–1626. doi: 10.1038/nn.3254. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  45. Maze I, Covington HE, 3rd, Dietz DM, LaPlant Q, Renthal W, Russo SJ, Mekaniker M, Mouzon E, Neve RL, Haggarty SJ, Ren Y, Sampath SC, Hurd YL, Greengard P, Tarakhovsky A, Schaefer A, Nestler EJ. Viktig roll för histon-metyltransferas G9a i kokaininducerad plasticitet. Vetenskap. 2010; 327: 213-216. doi: 10.1126 / science.1179438. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  46. Mazei-Robison MS, Koo JW, Friedman AK, Lansink CS, Robison AJ, Vinish M, Krishnan V, Kim S, Siuta MA, Galli A, Niswender KD, Appasani R, Horvath MC, Neve RL, Worley PF, Snyder SH, Hurd YL, Cheer JF, Han MH, Russo SJ, et al. Roll för mTOR-signalering och neuronal aktivitet i morfininducerade anpassningar i dopaminneuroner i ventralt tegmentalt område. Nervcell. 2011;72:977–990. doi: 10.1016/j.neuron.2011.10.012. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  47. McClung CA, Nestler EJ. Reglering av genuttryck och kokainbelöning av CREB och ΔFosB. Nat Neurosci. 2003;6:1208–1215. doi: 10.1038/nn1143. [PubMed] [Cross Ref]
  48. McDaid J, Graham MP, Napier TC. Metamfetamin-inducerad sensibilisering förändrar differentiellt pCREB och ΔFosB genom hela den limbiska kretsen av däggdjurshjärnan. Mol Pharmacol. 2006;70:2064–2074. doi: 10.1124/mol.106.023051. [PubMed] [Cross Ref]
  49. Moratalla R, Vallejo M, Elibol B, Graybiel AM. D1-klass dopaminreceptorer påverkar kokain-inducerat ihållande uttryck av fos-relaterade proteiner i striatum. Neuroreport. 1996;8:1–5. doi: 10.1097/00001756-199612200-00001. [PubMed] [Cross Ref]
  50. Muller DL, Unterwald EM. D1 dopaminreceptorer modulerar δFosB-induktion i råttstriatum efter intermittent morfinadministrering. J Pharmacol Exp Ther. 2005;314:148–154. doi: 10.1124/jpet.105.083410. [PubMed] [Cross Ref]
  51. Narayan S, Kass KE, Thomas EA. Kronisk haloperidolbehandling resulterar i en minskning av uttrycket av myelin/oligodendrocytrelaterade gener i mushjärnan. J Neurosci Res. 2007;85:757–765. doi: 10.1002/jnr.21161. [PubMed] [Cross Ref]
  52. Navarro M, Carrera MR, Fratta W, Valverde O, Cossu G, Fattore L, Chowen JA, Gomez R, del Arco I, Villanua MA, Maldonado R, Koob GF, Rodriguez de Fonseca F. Funktionell interaktion mellan opioid- och cannabinoidreceptorer i självadministration av droger. J Neurosci. 2001;21:5344–5350. [PubMed]
  53. Nelson AB, Hang GB, Grueter BA, Pascoli V, Luscher C, Malenka RC, Kreitzer AC. En jämförelse av striatalberoende beteenden hos vildtyp och hemizygota Drd1a och Drd2 BAC transgena möss. J Neurosci. 2012;32:9119–9123. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0224-12.2012. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  54. Nicola SM. Kärnan accumbens som en del av en basal ganglia åtgärdsvalkrets. Psychopharmacology. 2007; 191: 521-550. doi: 10.1007 / s00213-006-0510-4. [PubMed] [Cross Ref]
  55. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve RL, Nestler EJ, Taylor JR. ΔFosB i nucleus accumbens reglerar matförstärkt instrumentellt beteende och motivation. J Neurosci. 2006;26:9196–9204. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1124-06.2006. [PubMed] [Cross Ref]
  56. Perrotti LI, Hadeishi Y, Ulery PG, Barrot M, Monteggia L, Duman RS, Nestler EJ. Induktion av 5FosB i belöningsrelaterade hjärnstrukturer efter kronisk stress. J Neurosci. 2004; 24: 10594-10602. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2542-04.2004. [PubMed] [Cross Ref]
  57. Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ. Distinkta mönster av DeltaFosB induktion i hjärnan av missbruk. Synapse. 2008; 62: 358-369. doi: 10.1002 / syn.20500. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  58. Renthal W, Carle TL, Maze I, Covington HE, 3rd, Truong HT, Alibhai I, Kumar A, Montgomery RL, Olson EN, Nestler EJ. ΔFosB förmedlar epigenetisk desensibilisering av c-fos-genen efter kronisk amfetaminexponering. J Neurosci. 2008;28:7344–7349. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1043-08.2008. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  59. Renthal W, Kumar A, Xiao G, Wilkinson M, Covington HE, 3rd, Maze I, Sikder D, Robison AJ, LaPlant Q, Dietz DM, Russo SJ, Vialou V, Chakravarty S, Kodadek TJ, Stack A, Kabbaj M, Nestler EJ. Genomomfattande analys av kromatinreglering av kokain avslöjar en ny roll för sirtuiner. Nervcell. 2009;62:335–348. doi: 10.1016/j.neuron.2009.03.026. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  60. Robison AJ, Nestler EJ. Transkriptionella och epigenetiska mekanismer för beroende. Nat Rev Neurosci. 2011;12:623–637. doi: 10.1038/nrn3111. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  61. Robison AJ, Vialou V, Mazei-Robison M, Feng J, Kourrich S, Collins M, Wee S, Koob G, Turecki G, Neve R, Thomas M, Nestler EJ. Beteendemässiga och strukturella svar på kronisk kokain kräver en feedforward-loop som involverar ΔFosB och kalcium/calmodulin-beroende proteinkinas II i nucleus accumbens skal. J Neurosci. 2013;33:4295–4307. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5192-12.2013. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  62. Smith RJ, Lobo MK, Spencer S, Kalivas PW. Kokain-inducerade anpassningar i D1 och D2 accumbens projektionsneuroner (en dikotomi som inte nödvändigtvis är synonym med direkta och indirekta vägar) Curr Opin Neurobiol. 2013;23:546–552. doi: 10.1016/j.conb.2013.01.026. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  63. Solinas M, Thiriet N, El Rawas R, Lardeux V, Jaber M. Miljöberikning under tidiga skeden av livet minskar de beteendemässiga, neurokemiska och molekylära effekterna av kokain. Neuropsykofarmakologi. 2009;34:1102–1111. doi: 10.1038/npp.2008.51. [PubMed] [Cross Ref]
  64. Sparta DR, Stamatakis AM, Phillips JL, Hovelsø N, van Zessen R, Stuber GD. Konstruktion av implanterbara optiska fibrer för långsiktig optogenetisk manipulation av neurala kretsar. Nat Protoc. 2012;7:12–23. doi: 10.1038/nprot.2011.413. [PubMed] [Cross Ref]
  65. Stamatakis AM, Stuber GD. Aktivering av laterala habenula-ingångar till den ventrala mellanhjärnan främjar beteendemässigt undvikande. Nat Neurosci. 2012;24:1105–1107. doi: 10.1038/nn.3145. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  66. Stuber GD, Britt JP, Bonci A. Optogenetisk modulering av neurala kretsar som ligger till grund för belöningssökande. Biol Psykiatri. 2012;71:1061–1067. doi: 10.1016/j.biopsych.2011.11.010. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  67. Tan KR, Yvon C, Turiault M, Mirzabekov JJ, Doehner J, Labouèbe G, Deisseroth K, Tye KM, Lüscher C. GABA-neuroner i VTA-drivkonditionerad platsaversion. Nervcell. 2012;73:1173–1183. doi: 10.1016/j.neuron.2012.02.015. [PubMed] [Cross Ref]
  68. Teegarden SL, Bale TL. Minskade kostpreferenser ger ökad emotionalitet och risk för koståterfall. Biol Psykiatri. 2007;61:1021–1029. doi: 10.1016/j.biopsych.2006.09.032. [PubMed] [Cross Ref]
  69. Tsai HC, Zhang F, Adamantidis A, Stuber GD, Bonci A, de Lecea L, Deisseroth K. Fasisk avfyring i dopaminerga neuroner är tillräcklig för beteendekonditionering. Vetenskap. 2009;324:1080–1084. doi: 10.1126/science.1168878. [PubMed] [Cross Ref]
  70. Tye KM, Mirzabekov JJ, Warden MR, Ferenczi EA, Tsai HC, Finkelstein J, Kim SY, Adhikari A, Thompson KR, Andalman AS, Gunaydin LA, Witten IB, Deisseroth K. Dopaminneuroner modulerar neural kodning och uttryck av depressionsrelaterad beteende. Natur. 2013;493:537–541. doi: 10.1038/nature11740. [PubMed] [Cross Ref]
  71. van Zessen R, Phillips JL, Budygin EA, Stuber GD. Aktivering av VTA GABA-neuroner stör belöningskonsumtionen. Nervcell. 2012;73:1184–1194. doi: 10.1016/j.neuron.2012.02.016. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  72. Vialou V, Robison AJ, Laplant QC, Covington HE, 3rd, Dietz DM, Ohnishi YN, Mouzon E, Rush AJ, 3rd, Watts EL, Wallace DL, Iñiguez SD, Ohnishi YH, Steiner MA, Warren BL, Krishnan V, Bolaños CA, Neve RL, Ghose S, Berton O, Tamminga CA, et al. ΔFosB i hjärnans belöningskretsar förmedlar motståndskraft mot stress och antidepressiva svar. Nat Neurosci. 2010;13:745–752. doi: 10.1038/nn.2551. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  73. Vialou V, Cui H, Perello M, Mahgoub M, Yu HG, Rush AJ, Pranav H, Jung S, Yangisawa M, Zigman JM, Elmquist JK, Nestler EJ, Lutter M. En roll för ΔFosB i kalorirestriktionsinducerade metabola förändringar . Biol Psykiatri. 2011;70:204–207. doi: 10.1016/j.biopsych.2010.11.027. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  74. Wallace DL, Vialou V, Rios L, Carle-Florence TL, Chakravarty S, Kumar A, Graham DL, Green TA, Kirk A, Iñiguez SD, Perrotti LI, Barrot M, DiLeone RJ, Nestler EJ, Bolaños-Guzmán CA. DeltaFosB:s inflytande i kärnan hopar sig på naturligt belöningsrelaterat beteende. J Neurosci. 2008;28:10272–10277. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1531-08.2008. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  75. Warden MR, Selimbeyoglu A, Mirzabekov JJ, Lo M, Thompson KR, Kim SY, Adhikari A, Tye KM, Frank LM, Deisseroth K. En prefrontal cortex-hjärnstammens neuronal projektion som kontrollerar svaret på beteendeutmaning. Natur. 2012;492:428–432. doi: 10.1038/nature11617. [PubMed] [Cross Ref]
  76. Watabe-Uchida M, Zhu L, Ogawa SK, Vamanrao A, Uchida N. Helhjärna kartläggning av direkta ingångar till mellanhjärnans dopaminneuroner. Nervcell. 2012;74:858–873. doi: 10.1016/j.neuron.2012.03.017. [PubMed] [Cross Ref]
  77. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB reglerar hjullöpning. J Neurosci. 2002; 22: 8133-8138. [PubMed]
  78. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DE, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone RJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. ΔFosB-induktion i orbitofrontal cortex förmedlar tolerans mot kokaininducerad kognitiv dysfunktion. J Neurosci. 2007;27:10497–10507. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2566-07.2007. [PubMed] [Cross Ref]
  79. Witten IB, Steinberg EE, Lee SY, Davidson TJ, Zalocusky KA, Brodsky M, Yizhar O, Cho SL, Gong S, Ramakrishnan C, Stuber GD, Tye KM, Janak PH, Deisseroth K. Recombinase-driver rat lines: tools, tekniker och optogenetisk tillämpning på dopaminmedierad förstärkning. Nervcell. 2011;72:721–733. doi: 10.1016/j.neuron.2011.10.028. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  80. Yizhar O, Fenno LE, Davidson TJ, Mogri M, Deisseroth K. Optogenetik i neurala system. Nervcell. 2011;71:9–34. doi: 10.1016/j.neuron.2011.06.004. [PubMed] [Cross Ref]
  81. Yoneyama N, Crabbe JC, Ford MM, Murillo A, Finn DA. Frivillig etanolkonsumtion i 22 inavlade musstammar. Alkohol. 2008;42:149–160. doi: 10.1016/j.alcohol.2007.12.006. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  82. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar A, Nestler EJ. En viktig roll för DeltaFosB i nucleus accumbens i morfinverkan. Nat Neurosci. 2006;9:205–211. doi: 10.1038/nn1636. [PubMed] [Cross Ref]